PL246203B1 - Sposób wytwarzania monoestrów i diestrów kwasów fosforowych z alkoholi - Google Patents

Sposób wytwarzania monoestrów i diestrów kwasów fosforowych z alkoholi Download PDF

Info

Publication number
PL246203B1
PL246203B1 PL441023A PL44102322A PL246203B1 PL 246203 B1 PL246203 B1 PL 246203B1 PL 441023 A PL441023 A PL 441023A PL 44102322 A PL44102322 A PL 44102322A PL 246203 B1 PL246203 B1 PL 246203B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
mixer
phosphoric acid
phosphorus pentoxide
rpm
acid mono
Prior art date
Application number
PL441023A
Other languages
English (en)
Other versions
PL441023A1 (pl
Inventor
Renata FRĄCKOWIAK
Renata Frąckowiak
Monika Słowikowska
Patrycja Lewandowska
Marta Kołodziej
Original Assignee
Pcc Exol Spolka Akcyjna
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pcc Exol Spolka Akcyjna filed Critical Pcc Exol Spolka Akcyjna
Priority to PL441023A priority Critical patent/PL246203B1/pl
Priority to EP23168638.7A priority patent/EP4269420A1/en
Publication of PL441023A1 publication Critical patent/PL441023A1/pl
Publication of PL246203B1 publication Critical patent/PL246203B1/pl

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07FACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F9/00Compounds containing elements of Groups 5 or 15 of the Periodic Table
    • C07F9/02Phosphorus compounds
    • C07F9/06Phosphorus compounds without P—C bonds
    • C07F9/08Esters of oxyacids of phosphorus
    • C07F9/09Esters of phosphoric acids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/02Maintaining the aggregation state of the mixed materials
    • B01F23/023Preventing sedimentation, conglomeration or agglomeration of solid ingredients during or after mixing by maintaining mixed ingredients in movement
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/50Mixing liquids with solids
    • B01F23/53Mixing liquids with solids using driven stirrers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07FACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F9/00Compounds containing elements of Groups 5 or 15 of the Periodic Table
    • C07F9/02Phosphorus compounds
    • C07F9/06Phosphorus compounds without P—C bonds
    • C07F9/08Esters of oxyacids of phosphorus
    • C07F9/09Esters of phosphoric acids
    • C07F9/091Esters of phosphoric acids with hydroxyalkyl compounds with further substituents on alkyl
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07FACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F9/00Compounds containing elements of Groups 5 or 15 of the Periodic Table
    • C07F9/02Phosphorus compounds
    • C07F9/06Phosphorus compounds without P—C bonds
    • C07F9/08Esters of oxyacids of phosphorus
    • C07F9/09Esters of phosphoric acids
    • C07F9/094Esters of phosphoric acids with arylalkanols

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób wytwarzania mono- i diestrów kwasów fosforowych w reakcji alkoholi z pięciotlenkiem fosforu z wykorzystaniem wysokosprawnego i kombinowanego mieszania zmiennego na poszczególnych etapach procesu.

Description

Opis wynalazku
Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania mono- i diestrów kwasów fosforowych w reakcji alkoholi z pięciotlenkiem fosforu z wykorzystaniem wysokosprawnego i kombinowanego mieszania zmiennego na poszczególnych etapach procesu.
Technologia wytwarzania mieszaniny mono- i diestrów kwasów fosforowych z alkoholi tłuszczowych i ich alkoksylowanych pochodnych jest dobrze znana w stanie techniki. Typowy proces, opiera się na reakcji 1-rzędowego alkoholu z pięciotlenkiem fosforu, a reakcję prowadzi się w temperaturze 25110°C. Pierwszy etap syntezy polega na dozowaniu sypkiego pięciotlenku fosforu do ciekłego surowca, tj. alkoholu takiego jak alkiloalkohol, alkiloaryloalkohol, alkiloeteroalkohol, alkiloaryloeteroalkohol lub pochodnych tych związków. Sposób wytwarzania estrów fosforanowych obejmuje dwa etapy: etap dozowania pięciotlenku fosforu do surowca oraz etap estryfikacji i standaryzacji, w którym po dodaniu wody dochodzi do hydrolizy polimerycznych form estrów kwasów fosforowych.
Rozwiązanie według opisu GB 791977 A wskazuje optymalny stosunek molowy P2O5 do alkoholu na 1 do 3 moli. W sposobie tym pięciotlenek fosforu jest stopniowo dozowany do mieszaniny reakcyjnej w temperaturze 40-50°C, a po skończeniu jego dozowania, proces jest dalej prowadzony w temperaturze 90-110°C.
W dokumencie US 3,346,670 A ujawniono dodatek kwasu mineralnego, takiego jak kwas fosfinowy w ilości 0,1-0,8% masy reakcyjnej, który pozytywnie wpływa na barwę produkowanych estrów kwasów fosforowych.
Z dokumentu US 3,004,057 A znany jest sposób w którym wykorzystuje się P2O5 i alkohol w stosunku molowym 1 do 2-4,5 mola. Reakcję prowadzi się z dodatkiem kwasu fosfinowego, w temperaturze od temp. pokojowej do temp. 110°C.
W opisach patentowych US 4126650 A i US 3318982 A ujawniono dodatek nadtlenku wodoru na końcowym etapie syntezy (etapie standaryzacji) poprawiający barwę powstających produktów.
W dokumencie GB 1311995 A, ujawniono optymalny stosunek P2O5 do alkoholu wynoszący 1 do 2-4,5 mola. Temperatura prowadzonego procesu mieści się w granicach 25-110°C. W końcowym etapie do mieszaniny reakcyjnej dodawana jest woda, celem hydrolizy niekorzystnych polimerycznych pochodnych estrów.
Dużym wyzywaniem w sposobie wytwarzania estrów kwasów fosforowych z alkoholi i pięciotlenku fosforu jest produkcja estrów o jasnej barwie. Nierozpuszczony pięciotlenek fosforu pod wpływem temperatury ciemnieje, co przekłada się na wzrost zabarwienia powstającego produktu. Dodatkowym problemem jest fakt, że pięciotlenek fosforu, będący wysoce higroskopijny, ma skłonność do agregacji, przez co zmniejsza efektywność reakcji estryfikacji (utrudnia reakcję wydłużając jej czas i wpływa negatywnie na czystość otrzymywanych produktów). Równie niepożądany jest efekt przypalania zagregowanych grudek pięciotlenku fosforu w wyższej temperaturze, co przekłada się na ciemniejszą barwę produktu. Dodatkową trudnością w otrzymywaniu estrów kwasów fosforowego z wykorzystaniem pięciotlenku fosforu jest to, że powstają agregaty pięciotlenku fosforu oblepiają elementy reaktora takie jak wał, ramiona mieszadeł oraz ściany boczne i dno reaktora, prowadząc do zwiększenia zużycia zasobów niezbędnych do jego czyszczenia (woda, czas), co przekłada się na wzrost kosztów całego procesu, czyniąc go mniej efektywnym.
W chińskim zgłoszeniu patentowym o numerze CN112409403A powyższe problemy rozwiązano wykorzystując odpowiedni dozownik obrotowy i zastosowanie pompy cyrkulacyjnej do rozprowadzenia P2O5 w mieszaninie reakcyjnej. W pierwszym etapie ujawnionego sposobu, do reaktora dodaje się alkohol organiczny i ustawia się jego temperaturę na 40-60°C. Następnie, wprowadza się pięciotlenek fosforu do podajnika i ustawia się jego prędkość obrotową tak, by czas dodawania pięciotlenku fosforu do reaktora wynosił 1-3 godziny. W trakcie napełniania podajnika pięciotlenkiem fosforu, włącza się pompę obiegową reaktora by umożliwić i kontrolować obieg cieczy w reaktorze. Istotną cechą podajnika jest to, że posiada on wiele małych otworów, dzięki czemu w trakcie ruchu obrotowego dozownika, pięciotlenek fosforu przenika poprzez małe otwory i wpada do reaktora, w którym to następnie reaguje z alkoholem organicznym. Po zakończeniu dodawania pięciotlenku fosforu podnosi się temperaturę reaktora do 70-90°C i reakcję kontynuuje się jeszcze przez 5-7 godzin, otrzymując gotowy produkt, tj. ester kwasu fosforowego.
Celem wynalazku jest wyeliminowanie wymienionych wad i niedoskonałości sposobów wytwarzania estrów kwasów fosforowych bez dodatkowej konieczności wykorzystywania specjalistycznych dozowników poprzez zastosowanie wysokosprawnego mieszania, pozwalającego na natychmiastowe
PL 246203 Β1 rozprowadzenie reagentów w mieszaninie reakcyjnej z wytworzeniem wysokiej czystości produktów w krótkim czasie.
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania mono- i diestrów kwasów fosforowych w reakcji alkoholi z pięciotlenkiem fosforu, w którym w pierwszym etapie do reaktora zawierającego alkohol dodaje się pięciotlenek fosforu, w drugim etapie ogrzewa się mieszaninę reakcyjną i przeprowadza się proces standaryzacji, przy czym:
alkohol wybrany jest z grupy alkiloalkoholi, alkiloaryloalkoholi, alkiloeteroalkoholi lub alkiloaryloeteroalkoholi o wzorze ogólnym (1):
J n w którym:
R1 - stanowi liniowy lub rozgałęziony łańcuch węglowodorowy, opcjonalnie zawierający pierścień aromatyczny, o średniej liczbie atomów węgla od 4 do 30;
n - oznacza średnią ilość moli tlenku etylenu mieszczącą się w zakresie od 0 do 18 mola; a mono- i diestrami kwasów fosforowych są związki o wzorach ogólnych (2) lub (3):
O
OH (2) i/lub
w których:
R1 - stanowi liniowy lub rozgałęziony łańcuch węglowodorowy, opcjonalnie zawierający pierścień aromatyczny, o średniej liczbie atomów węgla od 4 do 30;
n - oznacza średnią ilość moli tlenku etylenu mieszczącą się w zakresie od 0 do 18 mola, charakteryzujący się tym, że sposób według wynalazku prowadzi się w reaktorze mieszalnikowym wyposażonym w mieszadło ramowe ze skrobakami, mieszadło łopatowe oraz dodatkowe mieszadło homogenizujące, w którym to sposobie w pierwszym etapie mieszadło ramowe, mieszadło łopatowe oraz mieszadło homogenizujące pracują z różnymi częstotliwościami względem siebie; a w drugim etapie mieszadło ramowe, mieszadło łopatowe oraz mieszadło homogenizujące pracują z różnymi częstotliwościami względem siebie oraz z innymi częstotliwościami niż w pierwszym etapie.
Korzystnie stosuje się alkohol w ilości odpowiadającej 75-90% maksymalnego wsadu reaktora.
Korzystnym jest dodatkowo po wprowadzeniu alkoholu do reaktora, ogrzać mieszaninę do temperatury 50°C.
Aby zwiększyć efektywność procesu korzystnie jest przed dodaniem pięciotlenku fosforu dodać także kwas fosfinowy w ilości 0,3 do 0,5% maksymalnego wsadu reaktora.
Korzystnie jest w pierwszym etapie dodawać pięciotlenek fosforu w czasie 1 do 2 godzin, bardziej korzystnie w czasie 1 godziny.
Korzystnie jest by ilość dodanego pięciotlenku fosforu w stosunku molowym do alkoholu wynosiła 1:3.
Korzystnie jest po dodaniu pięciotlenku fosforu mieszaninę reakcyjną ogrzewać w temperaturze 80°C przez 2,5 do 4 godzin, a najkorzystniej przez 2,5 godziny.
PL 246203 Β1
Korzystnie jest w pierwszym etapie mieszadło ramowe obracało się z częstotliwością 2-10 rpm, mieszadło łopatowe obracało się z częstotliwością 30-42 rpm, a mieszadło homogenizujące pracowało z częstotliwością 1500-3500 rpm.
Korzystnie jest w drugim etapie dodać wodę demineralizowaną oraz nadtlenek wodoru, każdego w ilości 0,3 do 0,5% wsadu reaktora.
Szczególnie korzystna jest zmiana częstotliwości pracy mieszadeł w etapie drugim, tak by mieszadło ramowe obracało się z częstotliwością 2-23 rpm, mieszadło łopatowe obracało się z częstotliwością 30-42 rpm, a mieszadło homogenizujące pracowało z częstotliwością 800-1500 rpm.
Korzystnie jest by w etapie drugim po dodaniu wody i nadtlenku wodoru wygrzewać mieszaninę reakcyjną w temperaturze 80°C przez 30 min.
Korzystnie jest wykorzystanie w reakcji alkoholi o numerze CAS 68439-50-9 albo 104-76-7 albo 99734-09-5.
Według wynalazku sposób wytwarzania mono- i diestrów kwasów fosforowych charakteryzuje się tym, że wytwarzane są estry kwasów fosforowych o barwie w skali Gardnera < 2.
Zaletą niniejszego wynalazku dzięki zastosowanemu wysokosprawnemu mieszaniu, pozwalającemu na natychmiastowe rozprowadzenie reagentów w mieszaninie reakcyjnej jest poprawa szeregu parametrów. Zastosowanie kombinowanego mieszania zmiennego na poszczególnych etapach procesu pozwala przede wszystkim uniknąć agregacji nierozpuszczonego pięciotlenku fosforu, umożliwiając jego szybsze dozowanie, co przekłada się również na skrócenie czasu całego procesu.
Homogenizatory są co prawda znane w stanie techniki, ale wykorzystywane jedynie w przemyśle spożywczym, kosmetycznym i farmaceutycznym do otrzymywania mieszanin fizycznych o dużej lepkości. Wykorzystanie homogenizatora jako reaktora do prowadzenia syntez chemicznych jest podejściem niekonwencjonalnym, stanowiącym element innowacyjności i nieoczywistości niniejszego wynalazku. Zaletą według niniejszego wynalazku jest również zmniejszona ilość powstających produktów ubocznych, a tym samym powstawanie mono- i diestrów kwasów fosforowych o zwiększonej czystości objawiającej się jaśniejszym zabarwieniem.
Kolejną zaletą sposobu według wynalazku jest również ułatwienie czyszczenia reaktora, po zakończonym procesie, co przekłada się na obniżenie kosztów prowadzenia reakcji estryfikacji.
Fig. 1 przedstawia uproszczony schemat reaktora mieszalnikowego, w którym prowadzony jest proces wytwarzania estrów kwasów fosforowych na którym strzałki wskazują kierunek przemieszania się mieszaniny reakcyjnej.
Poniższe przykłady ilustrują wynalazek i nie mają charakteru ograniczającego.
Przykład 1
Tabela 1. Wybrane parametry estru fosforowego bazującego na etoksylowanym alkoholu C12C14 (Laureth-4, CAS 68439-50-9)
Wybrane parametry {metoda pomiarowa} Specyfikacja techniczna wyrobu (STW)
Wygląd zewnętrzny w temperaturze (20v25)sC [metoda wizualna) klarowna ciecz
Barwa w skali Gardnera w (20425/6 (PN-EN ISO 4630-1:2006) max 2
Liczba kwasowa (do drugiego punktu przegięcia), mg KOH/g 150 -180
pH 10% roztworu (PN-EN 1262:2004) 1,3-2,5
Woda, %(m/m) (PN-ISO 760:2001) max 2
Proces bez zastosowania mieszadła homogenizującego z niezmienionymi w trakcie procesu parametrami mieszania przeprowadzono w następujący sposób:
a) Do reaktora mieszalnikowego wyposażonego w mieszadło ramowe ze skrobakami, mieszadło łopatowe oraz dodatkowe mieszadło homogenizujące, wprowadzono etoksylowany alkohol C12-C14 (CAS 68439-50-9) w ilości odpowiadającej 75-90% maksymalnego wsadu reaktora wynoszącego 2000 litrów, a następnie mieszaninę podgrzano do 50°C.
b) Załączono następujące mieszadła:
- ramowe działające z częstotliwością obrotu 23 rpm
- łopatowe działające z częstotliwością obrotu 42 rpm
- homogenizujące nie zostało załączone
c) Dodano kwas fosfinowy w ilości 0,3-0,5% (m/m) maksymalnego wsadu reaktora
d) Do masy reakcyjnej dodano pięciotlenek fosforu w ilości odpowiadającej stosunkowi molowemu 1:3 (pięciotlenek fosforu : alkiloeteroalkohol). Zasyp trwał 2 godziny.
e) Parametry mieszania nie uległy zmianie.
f) Podwyższono temperaturę do 80°C i prowadzono proces estryfikacji przez 3 godziny.
g) Dodano wodę demineralizowaną oraz nadtlenek wodoru, każdy w ilości 0,3-0,5% (m/m) wsadu i kontynuowano wygrzewanie przez godzinę. Parametry mieszania nie uległy zmianie.
h) Schłodzono masę reakcyjną do 30°C po czym po czym wyłączono mieszadła i rozładowano reaktor.
Wynik: Powstały produkt odbiegał od założonych oczekiwań (tab. 1) z uwagi na brak załączonego mieszadła homogenizującego. Wygląd zewnętrzny został określony jako pomarańczowa lepka ciecz a barwa została oznaczona na 4 w skali Gardnera. Pomiar barwy odbywał się metodą spektrometryczną zgodnie z normą PN-EN ISO 4630-1: 2006. Ze względu na niezgodny ze specyfikacją wygląd próbki, nie oznaczano pozostałych parametrów wyszczególnionych w specyfikacji technicznej wyrobu. Dodatkowo, zaobserwowano zalegające złogi nierozpuszczonego pięciotlenku fosforu na wystających ponad powierzchnie masy reakcyjnej częściach mieszadła ramowego. Widoczne były również złogi przypalonego pięciotlenku fosforu na dnie reaktora. Ze względu na to, że część pięciotlenku fosforu nie była dostępna do reakcji estryfikacji, powstały produkt zawierał wysoką zawartość nieprzereagowanego alkoholu. Postanowiono w kolejnej syntezie użyć mieszadła homogenizującego oraz zmniejszyć częstotliwość obrotu mieszadła ramowego podczas etapu dozowania pięciotlenku fosforu. Taki zabieg powinien zapobiec agregacji pięciotlenku fosforu oraz zmniejszyć prawdopodobieństwo oblepienia wystających części mieszadła zasypywanym z góry P2O5.
Przykład 2
Proces z zastosowaniem mieszadła homogenizującego i niezmienionymi w trakcie procesu parametrami mieszania przeprowadzono w następujący sposób:
a) Do reaktora mieszalnikowego wyposażonego w mieszadło ramowe ze skrobakami, mieszadło łopatowe oraz dodatkowe mieszadło homogenizujące, wprowadzono etoksylowany alkohol C12-C14 (CAS 68439-50-9) w ilości odpowiadającej 75-90% maksymalnego wsadu reaktora wynoszącego 2000 litrów, a następnie mieszaninę podgrzano do 50°C.
b) Załączono następujące mieszadła:
- ramowe działające z częstotliwością obrotu 5 rpm
- łopatowe działające z częstotliwością obrotu 42 rpm
- homogenizujące częstotliwością obrotu 1000 rpm
c) Dodano kwas fosfinowy w ilości 0,3-0,5% (m/m) maksymalnego wsadu reaktora
d) Do masy reakcyjnej dodano pięciotlenek fosforu w ilości odpowiadającej stosunkowi molowemu 1:3 (pięciotlenek fosforu : alkiloeteroalkohol). Zasyp trwał 2 godziny.
e) Parametry mieszania nie uległy zmianie.
f) Podwyższono temperaturę do 80°C i prowadzono proces estryfikacji przez 3 godziny.
g) Dodano wodę demineralizowaną oraz nadtlenek wodoru, każdy w ilości 0,3-0,5% (m/m) wsadu i kontynuowano wygrzewanie przez godzinę. Parametry mieszania nie uległy zmianie.
h) Schłodzono masę reakcyjną do 30°C po czym po czym wyłączono mieszadła i rozładowano reaktor.
Wynik: Powstały produkt odbiegał od założonych oczekiwań (tab. 1). Wygląd zewnętrzny został określony jako pomarańczowa lepka ciecz z widocznymi czarnymi drobinkami. Oznaczenie barwy nie było możliwe ze względu na niejednorodną postać produktu. Ze względu na niezgodny ze specyfikacją wygląd próbki, nie oznaczano pozostałych parametrów wyszczególnionych w specyfikacji technicznej wyrobu. Wystające elementy mieszadła ramowego nie zostały w istotny sposób oblepione dozowanym pięciotlenkiem fosforu, co oznacza, że zastosowanie mniejszej częstotliwości obrotu mieszadła ramowego jest bardziej korzystne zapobiegło temu zjawisku. Zaobserwowano też mniejsze tworzenie się złogów nierozpuszczonego pięciotlenku fosforu na dnie reaktora. W kolejnej syntezie postanowiono zastosować różne parametry mieszania na etapie dozowania pięciotlenku fosforu i na kolejnych etapach syntezy.
Przykład 3
Proces ze zmienionymi w trakcie procesu parametrami mieszania bez zmiany częstotliwości obrotu mieszadła homogenizującego przeprowadzono w następujący sposób:
a) Do reaktora mieszalnikowego wyposażonego w mieszadło ramowe ze skrobakami, mieszadło łopatowe oraz dodatkowe mieszadło homogenizujące, wprowadzono etoksylowany alkohol C12-C14 (CAS 68439-50-9) w ilości odpowiadającej 75-90% maksymalnego wsadu reaktora wynoszącego 2000 litrów, a następnie mieszaninę podgrzano do 50°C.
b) Załączono następujące mieszadła:
- ramowe działające z częstotliwością obrotu 5 rpm
- łopatowe działające z częstotliwością obrotu 42 rpm
- homogenizujące częstotliwością obrotu 1000 rpm
c) Dodano kwas fosfinowy w ilości 0,3-0,5% (m/m) maksymalnego wsadu reaktora
d) Do masy reakcyjnej dodano pięciotlenek fosforu w ilości odpowiadającej stosunkowi molowemu 1:3 (pięciotlenek fosforu : alkiloeteroalkohol). Zasyp trwał 2 godziny.
e) Zmieniono parametry działania mieszadeł:
- ramowe działające z częstotliwością obrotu 23 rpm
- łopatowe działające z częstotliwością obrotu 42 rpm
- homogenizujące częstotliwością obrotu 1000 rpm
f) Podwyższono temperaturę do 80°C i prowadzono proces estryfikacji przez 3 godziny.
g) Dodano wodę demineralizowaną oraz nadtlenek wodoru, każdy w ilości 0,3-0,5% (m/m) wsadu i kontynuowano wygrzewanie przez godzinę. Parametry mieszania nie uległy zmianie.
h) Schłodzono masę reakcyjną do 30°C po czym wyłączono mieszadła i rozładowano reaktor.
Wynik: Powstały produkt wciąż odbiegał od założonych oczekiwań (tab. 1). Wygląd zewnętrzny został określony jako pomarańczowa lepka ciecz z widocznymi czarnymi drobinkami. Oznaczenie barwy nie było możliwe ze względu na niejednorodną postać produktu. Ze względu na niezgodny ze specyfikacją wygląd próbki, nie oznaczano pozostałych parametrów wyszczególnionych w specyfikacji technicznej wyrobu. Nie zaobserwowano odkładania się istotnych ilości nierozpuszczonego pięciotlenku fosforu na elementach mieszadeł ani na dnie reaktora co oznacza, że dobrane parametry pracy mieszadeł skutecznie zapobiegają agregacji nierozpuszczonego pięciotlenku fosforu. Problemem pozostaje niejednorodny wygląd zewnętrzny produktu oraz jego barwa. Postanowiono rozwiązać problem poprzez manipulację częstotliwością obrotu mieszadła homogenizującego.
Przykład 4
Proces według wynalazku ze zmienioną częstotliwością obrotu mieszadła homogenizującego przeprowadzono w następujący sposób:
a) Do reaktora mieszalnikowego wyposażonego w mieszadło ramowe ze skrobakami, mieszadło łopatowe oraz dodatkowe mieszadło homogenizujące, etoksylowany alkohol C12-C14 (CAS 68439-50-9) w ilości odpowiadającej 75-90% maksymalnego wsadu reaktora wynoszącego 2000 litrów, a następnie mieszaninę podgrzano do 50°C.
b) Załączono następujące mieszadła:
- ramowe działające z częstotliwością obrotu 5 rpm
- łopatowe działające z częstotliwością obrotu 42 rpm
- homogenizujące częstotliwością obrotu 3000 rpm
c) Dodano kwas fosfinowy w ilości 0,3-0,5% (m/m) maksymalnego wsadu reaktora
d) Do masy reakcyjnej dodano pięciotlenek fosforu w ilości odpowiadającej stosunkowi molowemu 1:3 (pięciotlenek fosforu : alkiloeteroalkohol). Zasyp trwał 2 godziny.
e) Zmieniono parametry działania mieszadeł:
- ramowe działające z częstotliwością obrotu 23 rpm
- łopatowe działające z częstotliwością obrotu 42 rpm
- homogenizujące częstotliwością obrotu 1000 rpm
f) Podwyższono temperaturę do 80°C i prowadzono proces estryfikacji przez 3 godziny.
g) Dodano wodę demineralizowaną oraz nadtlenek wodoru, każdy w ilości 0,3-0,5% (m/m) wsadu i kontynuowano wygrzewanie przez godzinę. Parametry mieszania nie uległy zmianie.
h) Schłodzono masę reakcyjną do 30°C po czym wyłączono mieszadła i rozładowano reaktor.
Wynik: Powstały produkt był zgodny z wytycznymi określonymi w specyfikacji technicznej wyrobów (tab. 1). Wygląd zewnętrzny został określony jako klarowna ciecz. Barwa została oznaczona na 0,5 stopnia w skali Gardnera. Pomiar barwy odbywał się metodą spektrometryczną zgodnie z normą
PL 246203 Β1
PN-EN ISO 4630-1: 2006. Nie zaobserwowano odkładania się istotnych ilości nierozpuszczonego pięciotlenku fosforu na elementach mieszadeł ani na dnie reaktora co oznacza, że dobrane parametry pracy mieszadeł skutecznie zapobiegają agregacji nierozpuszczonego pięciotlenku fosforu oraz znacznie poprawiają rozpuszczalność pięciotlenku fosforu w masie reakcyjnej. W kolejnej syntezie testowano skrócenie czasu dozowania i estryfikacji oraz standaryzacji.
Przykład 5
Proces według wynalazku ze skróconym czasem dozowania, estryfikacji oraz standaryzacji, przeprowadzono w następujący sposób:
a) Do reaktora mieszalnikowego wyposażonego w mieszadło ramowe ze skrobakami, mieszadło łopatowe oraz dodatkowe mieszadło homogenizujące, etoksylowany alkohol C12-C14 (CAS 68439-50-9) w ilości odpowiadającej 75-90% maksymalnego wsadu reaktora wynoszącego 2000 litrów, a następnie mieszaninę podgrzano do 50°C.
b) Załączono następujące mieszadła:
ramowe działające z częstotliwością obrotu 5 rpm
- łopatowe działające z częstotliwością obrotu 42 rpm homogenizujące częstotliwością obrotu 3000 rpm c) Dodano kwas fosfinowy w ilości 0,3-0,5% (m/m) maksymalnego wsadu reaktora d) Do masy reakcyjnej dodano pięciotlenek fosforu w ilości odpowiadającej stosunkowi molowemu 1:3 (pięciotlenek fosforu : alkiloeteroalkohol). Zasyp trwał 1 godzinę.
e) Zmieniono parametry działania mieszadeł:
ramowe działające z częstotliwością obrotu 23 rpm
- łopatowe działające z częstotliwością obrotu 42 rpm homogenizujące częstotliwością obrotu 1000 rpm f) Podwyższono temperaturę do 80°C i prowadzono proces estryfikacji przez 2 godziny, g) Dodano wodę demineralizowaną oraz nadtlenek wodoru, każdy w ilości 0,3-0,5% (m/m) wsadu i kontynuowano wygrzewanie przez 30 minut. Parametry mieszania nie uległy zmianie.
h) Schłodzono masę reakcyjną do 30°C po czym wyłączono mieszadła i rozładowano reaktor.
Wynik: Powstały produkt był zgodny z wytycznymi określonymi w specyfikacji technicznej wyrobów (tab. 1). Wygląd zewnętrzny został określony jako klarowna ciecz a barwa została oznaczona jako 0,5 stopnia w skali Gardnera. Pomiar barwy odbywał się metodą spektrometryczną zgodnie z normą PN-EN ISO 4630-1: 2006. Pomimo skrócenia czasu reakcji o około 40% wyprodukowany produkt był zgodny z wszystkimi założonymi parametrami. Zastosowanie wydajnego mieszania nie tylko pozwala polepszyć właściwości powstałego estru fosforowego ale również istotnie skrócić czas procesu.
Przykład 6
Tabela 2. Wybrane parametry estru fosforowego bazującego na 2-etyloheksanolu (CgHigO, CAS 104-76-7)
Wybrane parametry (metoda pomiarowa) Specyfikacja techniczna wyrobu (STW)
Wygląd zewnętrzny w temperaturze (204-25)^0 (metoda wizualna) klarowna ciecz
Barwa w skali Gardnera w (20-r25)°C (PN-EN ISO 4630-1: 2006) max 4
Liczba kwasowa (do drugiego punktu przegięcia), mg KOH/g 290-350
Woda, %(m/m) (PN-ISO 760:2001) max 1
Poniższy przykład obrazuje proces powstawania estru fosforowego bazującego na alkoholu innym niż w poprzednich przykładach. Wykorzystany w przykładzie 2-etyloheksanol (CAS 104-76-7) ma niską masę cząsteczkową i nie jest alkoksylowany. Zoptymalizowany proces jest odpowiedni dla alkoholi o wzorze ogólnym (1). Proces przeprowadzono w następujący sposób:
a) Do reaktora mieszalnikowego wyposażonego w mieszadło ramowe ze skrobakami, mieszadło łopatowe oraz dodatkowe mieszadło homogenizujące, wprowadzono 2-etyloheksanol
PL 246203 Β1 (CAS 104-76-7) w ilości odpowiadającej 75-90% maksymalnego wsadu reaktora wynoszącego 2000 litrów, a następnie mieszaninę podgrzano do 50°C.
b) Załączono następujące mieszadła:
ramowe działające z częstotliwością obrotu 5 rpm
- łopatowe działające z częstotliwością obrotu 42 rpm homogenizujące częstotliwością obrotu 3000 rpm c) Dodano kwas fosfinowy w ilości 0,3-0,5% (m/m) maksymalnego wsadu reaktora d) Do masy reakcyjnej dodano pięciotlenek fosforu w ilości odpowiadającej stosunkowi molowemu 1:3 (pięciotlenek fosforu : alkohol). Zasyp trwał 1 godzinę.
e) Zmieniono parametry działania mieszadeł:
ramowe działające z częstotliwością obrotu 23 rpm
- łopatowe działające z częstotliwością obrotu 42 rpm homogenizujące częstotliwością obrotu 1000 rpm f) Podwyższono temperaturę do 80°C i prowadzono proces estryfikacji przez 2 godziny, g) Dodano wodę demineralizowaną oraz nadtlenek wodoru, każdy w ilości 0,3-0,5% (m/m) wsadu i kontynuowano wygrzewanie przez 30 minut. Parametry mieszania nie uległy zmianie.
h) Schłodzono masę reakcyjną do 30°C po czym wyłączono mieszadła i rozładowano reaktor.
Wynik: Powstały produkt był zgodny z oczekiwaniami (tab. 2). Wygląd zewnętrzny został określony jako klarowna ciecz, a barwa została oznaczona jako 0,3 stopnia w skali Gardnera. Pomiar barwy odbywał się metodą spektrometryczną zgodnie z normą PN-EN ISO 4630-1: 2006. Takjak w przypadku użycia etoksylowanego alkoholu C12-C14 (CAS 68439-50-9), ester fosforowy bazujący na niealkoksylowanym alkoholu o mniejszej masie cząsteczkowej może być z powodzeniem produkowany opisanym w niniejszym patencie sposobem.
Przykład 7
Tabela 3. Wybrane parametry estru fosforowego bazującego na etoksylowanym tristyrylofenolu (CAS 99734-09-5).
Wybrane parametry {metoda pomiarowa) Specyfikacja techniczna wyrobu (STW)
Wygląd zewnętrzny w temperaturze (20-ż-25)sC {metoda wizualna) lepka ciecz
Barwa w skali Gardnera w (20-γ25)’Ω {PN-EN ISO 4630-1: 2006) max 2
Liczba kwasowa (do drugiego punktu przegięcia), mg KOH/g 50-70
Woda, %(m/m) {PN-ISO 760:2001) max 1
Poniższy przykład obrazuje proces powstawania estru fosforowego bazującego na alkoholu innym niż w poprzednich przykładach. Wykorzystany w przykładzie etoksylowany tristyrylofenol (CAS 99734-09-5) ma pierścień aromatyczny i wysoką masę cząsteczkową. Zoptymalizowany proces jest odpowiedni dla alkoholi o wzorze ogólnym (1). Proces przeprowadzono w następujący sposób:
a) Do reaktora mieszalnikowego wyposażonego w mieszadło ramowe ze skrobakami, mieszadło łopatowe oraz dodatkowe mieszadło homogenizujące, wprowadzono etoksylowany tristyrylofenol (CAS 99734-09-5) w ilości odpowiadającej 75-90% maksymalnego wsadu reaktora wynoszącego 2000 litrów, a następnie mieszaninę podgrzano do 50°C.
b) Załączono następujące mieszadła:
ramowe działające z częstotliwością obrotu 5 rpm
- łopatowe działające z częstotliwością obrotu 42 rpm homogenizujące częstotliwością obrotu 3000 rpm c) Dodano kwas fosfinowy w ilości 0,3-0,5% (m/m) maksymalnego wsadu reaktora d) Do masy reakcyjnej dodano pięciotlenek fosforu w ilości odpowiadającej stosunkowi molowemu 1:3 (pięciotlenek fosforu : alkiloeteroalkohol). Zasyp trwał 1 godzinę.
e) Zmieniono parametry działania mieszadeł:
ramowe działające z częstotliwością obrotu 23 rpm
PL 246203 Β1
- łopatowe działające z częstotliwością obrotu 42 rpm homogenizujące częstotliwością obrotu 1000 rpm f) Podwyższono temperaturę do 80°C i prowadzono proces estryfikacji przez 2 godziny, g) Dodano wodę demineralizowaną oraz nadtlenek wodoru, każdy w ilości 0,3-0,5% (m/m) wsadu i kontynuowano wygrzewanie przez 30 minut. Parametry mieszania nie uległy zmianie.
h) Schłodzono masę reakcyjną do 30°C po czym wyłączono mieszadła i rozładowano reaktor.
Wynik: Powstały produkt był zgodny z oczekiwaniami (tab. 3). Wygląd zewnętrzny został określony jako klarowna ciecz, a barwa została oznaczona jako 0,8 stopnia w skali Gardnera. Pomiar barwy odbywał się metodą spektrometryczną zgodnie z normą PN-EN ISO 4630-1: 2006. Takjak w przypadku użycia etoksylowanego alkoholu C12-C14 (CAS 68439-50-9) oraz 2-etyloheksanolu (CAS 104-76-7), ester fosforowy bazujący na alkiloeteroalkoholu o większej masie cząsteczkowej może być z powodzeniem produkowany opisanym w niniejszym patencie sposobem.

Claims (12)

1. Sposób wytwarzania mono- i diestrów kwasów fosforowych w reakcji alkoholi z pięciotlenkiem fosforu, obejmujący następujące etapy:
a) Do reaktora zawierającego alkohol dodaje się pięciotlenek fosforu;
b) Ogrzewa się mieszaninę reakcyjną i przeprowadza się proces standaryzacji.
przy czym:
alkohol wybrany jest z grupy alkiloalkoholi, alkiloaryloalkoholi, alkiloeteroalkoholi lub alkiloaryloeteroalkoholi o wzorze ogólnym (1):
j n w którym:
R1 - stanowi liniowy lub rozgałęziony łańcuch węglowodorowy, opcjonalnie zawierający pierścień aromatyczny, o średniej liczbie atomów węgla od 4 do 30;
n - oznacza średnią ilość moli tlenku etylenu mieszczącą się w zakresie od 0 do 18 mola; a mono- i diestrami kwasów fosforowych są związki o wzorach ogólnych (2) lub (3):
O
OH (2) i/lub
w których:
R1 - stanowi liniowy lub rozgałęziony łańcuch węglowodorowy, opcjonalnie zawierający pierścień aromatyczny, o średniej liczbie atomów węgla od 4 do 30;
n - oznacza średnią ilość moli tlenku etylenu mieszczącą się w zakresie od 0 do 18 mola, znamienny tym, że sposób według wynalazku prowadzi się w reaktorze mieszalnikowym wyposażonym w mieszadło ramowe ze skrobakami, mieszadło łopatowe oraz dodatkowe mieszadło homogenizujące, w którym to sposobie:
w etapie a) mieszadło ramowe, mieszadło łopatowe oraz mieszadło homogenizujące pracują z różnymi częstotliwościami względem siebie; a w etapie b) mieszadło ramowe, mieszadło łopatowe oraz mieszadło homogenizujące pracują z różnymi częstotliwościami względem siebie oraz z innymi częstotliwościami niż w etapie a).
2. Sposób wytwarzania mono- i diestrów kwasów fosforowych według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się alkohol w ilości odpowiadającej 75-90% maksymalnego wsadu reaktora.
3. Sposób wytwarzania mono- i diestrów kwasów fosforowych według zastrz. 2, znamienny tym, że w etapie a) po wprowadzeniu alkoholu do reaktora, mieszaninę ogrzewa się do temperatury 50°C.
4. Sposób wytwarzania mono- i diestrów kwasów fosforowych według zastrz. 3, znamienny tym, że w etapie a) przed dodaniem pięciotlenku fosforu dodaje się także kwas fosfinowy w ilości 0,3 do 0,5% maksymalnego wsadu reaktora.
5. Sposób wytwarzania mono- i diestrów kwasów fosforowych według zastrz. 4, znamienny tym, że pięciotlenek fosforu w etapie a) dodaje się w czasie 1 do 2 godzin, korzystnie w czasie 1 godziny.
6. Sposób wytwarzania mono- i diestrów kwasów fosforowych według zastrz. 5, znamienny tym, że w etapie a) ilość dodanego pięciotlenku fosforu w stosunku molowym do alkoholu wynosi 1:3.
7. Sposób wytwarzania mono- i diestrów kwasów fosforowych według zastrz. 6, znamienny tym, że w etapie a) po dodaniu pięciotlenku fosforu mieszaninę reakcyjną ogrzewa się w temperaturze 80°C przez 2,5 do 4 godzin, korzystnie przez 2,5 godziny.
8. Sposób wytwarzania mono- i diestrów kwasów fosforowych według zastrz. 7, znamienny tym, że etap a) prowadzi się w rektorze mieszalnikowym w którym mieszadło ramowe obraca się z częstotliwością 2-10 rpm, mieszadło łopatowe obraca się z częstotliwością 30-42 rpm, a mieszadło homogenizujące pracuje z częstotliwością 1500-3500 rpm.
9. Sposób wytwarzania mono- i diestrów kwasów fosforowych według zastrz. 1, znamienny tym, że w etapie b) dodaje się wodę demineralizowaną oraz nadtlenek wodoru, każdy w ilości 0,3 do 0,5% wsadu reaktora.
10. Sposób wytwarzania mono- i diestrów kwasów fosforowych według zastrz. 9, znamienny tym, że etap b) prowadzi się w rektorze mieszalnikowym w którym mieszadło ramowe obraca się z częstotliwością 2-23 rpm, mieszadło łopatowe obraca się z częstotliwością 30-42 rpm, a mieszadło homogenizujące pracuje z częstotliwością 800-1500 rpm.
11. Sposób wytwarzania mono- i diestrów kwasów fosforowych według zastrz. 10, znamienny tym, że w etapie b) wygrzewa się mieszaninę reakcyjną w temperaturze 80°C przez 30 min.
12. Sposób wytwarzania mono- i diestrów kwasów fosforowych według zastrz. 1, znamienny tym, że alkoholem jest substancja o numerze CAS 68439-50-9 albo 104-76-7 albo 99734-09-5.
PL441023A 2022-04-26 2022-04-26 Sposób wytwarzania monoestrów i diestrów kwasów fosforowych z alkoholi PL246203B1 (pl)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL441023A PL246203B1 (pl) 2022-04-26 2022-04-26 Sposób wytwarzania monoestrów i diestrów kwasów fosforowych z alkoholi
EP23168638.7A EP4269420A1 (en) 2022-04-26 2023-04-19 Method for the preparation of phosphoric acid monoesters and diesters from alcohols

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL441023A PL246203B1 (pl) 2022-04-26 2022-04-26 Sposób wytwarzania monoestrów i diestrów kwasów fosforowych z alkoholi

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL441023A1 PL441023A1 (pl) 2023-10-30
PL246203B1 true PL246203B1 (pl) 2024-12-16

Family

ID=88150271

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL441023A PL246203B1 (pl) 2022-04-26 2022-04-26 Sposób wytwarzania monoestrów i diestrów kwasów fosforowych z alkoholi

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4269420A1 (pl)
PL (1) PL246203B1 (pl)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005120009A (ja) * 2003-10-16 2005-05-12 Kao Corp リン酸エステルの製造方法
CN103833785A (zh) * 2013-12-23 2014-06-04 华南师范大学 一种磷酸酯的合成方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB791977A (en) 1956-01-19 1958-03-19 Socony Mobil Oil Co Inc Preparation of alkaryl phosphoric acids
BE596967A (pl) 1959-11-12
US3346670A (en) 1962-12-11 1967-10-10 Gen Aniline & Film Corp Method for the preparation of phosphate esters
DE1226101B (de) 1963-12-27 1966-10-06 Knapsack Ag Verfahren zur Herstellung von Gemischen von Mono- und Diestern der Orthophosphorsaeure
GB1311995A (en) 1970-04-23 1973-03-28 Witco Chemical Corp Process for preparing surface active phosphate esters
US4126650A (en) 1977-04-27 1978-11-21 Stauffer Chemical Company Synthesis of mono-alkyl acid phosphates with high mono-content
CN112409403B (zh) * 2020-10-28 2024-11-26 成都科宏达化学有限责任公司 一种磷酸酯的合成方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005120009A (ja) * 2003-10-16 2005-05-12 Kao Corp リン酸エステルの製造方法
CN103833785A (zh) * 2013-12-23 2014-06-04 华南师范大学 一种磷酸酯的合成方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP4269420A1 (en) 2023-11-01
PL441023A1 (pl) 2023-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20050272945A1 (en) High shear process for making metallic esters
PL246203B1 (pl) Sposób wytwarzania monoestrów i diestrów kwasów fosforowych z alkoholi
CN109455749B (zh) 一种层状功能材料硫铝酸钙的制备方法
CN104130398A (zh) 在聚合过程中减少搅拌高压釜中的起泡的方法
JPH09176680A (ja) 油脂組成物
CN207562812U (zh) 一种水溶性肥料搅拌装置
EP0764650B1 (en) Method of pulverizing aromatic phosphates
FR2618445A1 (fr) Peinture en emulsion et procede pour sa preparation
CN109331678A (zh) 一种地下水涵道扩径机液压油混合罐
CN107224914A (zh) 一种高强度的搅拌装置
TW414692B (en) Foaming agent composition for food
CN1113065C (zh) 磷酸酯的制造方法
CN101838286B (zh) 脂肪醇(醚)磷酸酯的制造方法和设备
JP3905296B2 (ja) グリセリルエーテルの製法
CN205043944U (zh) 一种建筑用混凝土搅拌机
SU1604322A1 (ru) Способ производства пастилы
KR950013470B1 (ko) 테레프탈산과 에틸렌글리콜의 혼합물의 제조방법
CN202519186U (zh) 间歇聚合装置
CN222956317U (zh) 具有间接性加料功能的搅拌机
CN219540022U (zh) 一种农作物用复合肥料多层混料装置
JPH09227623A (ja) ポリビニルアルコールの製造方法
CN102018156B (zh) 一种食品用磷脂类乳化剂的合成方法
TW201602256A (zh) 填充材料用組成物、填充材料及填充材料之製造方法
CN208678893U (zh) 水性蜡搅拌混合釜
CN206965612U (zh) 一种高强度的搅拌装置